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本文介绍: 网络面试高频–OSI七层模型、TCP/IP协议相关、TCP的三次握手和四次挥手、TCP/UDP的区别、常用的网络命令、拥塞控制、HTTP报文段、HTTP状态码

网络

当前的应用系统主要分两大类，一类是C/S（Client/Server）客户端/服务器架构的，一类是B/S（Browser/Server）浏览器/服务器架构的[3]，例如：PC上安装的QQ程序是典型的C/S架构中的客户端程序；通过在浏览器中输入淘宝的网址打开淘宝的主页，就是典型的B/S架构。 无论是哪一种，都需要和远端的服务器进行网络通信和数据交互，同时，服务器之间也需要进行通信，一旦通过网络进行通信，就会不可避免地出现各种网络问题或网络故障，比如DNS服务器、路由器、交换机、集线器等，可能是多个原因引起的，需要逐步地进行排查。

网络问题主要有两大类，一类是客户端与服务器无法建立连接的问题（网络不通、客户端使用了错误的地址或者端口、服务器没有开启监听端口、中间的网络设备故障了、中间的网络设备启动了部分安全规则将数据包拦截等），一类是建立连接后有网络延时或严重丢包问题。对于网络不稳定的场景，尽量使用网线连接路由器；对于网络设备拦截数据包的场景，查看安全规则。要排查网络通信过程中遇到的一系列网络问题，需要掌握一些基础的网络知识，了解一些常用的网络命令，必要时要使用wireshark进行抓包分析

OSI七层模型和TCP/IP四层模型

OSI七层模型的全称为开放式系统互联通信参考模型（Open System Interconnection Reference Model）

TCP/IP的全称为传输控制协议/网际协议（Transmission Control Protocol/Internet Protocol），它是一组用于实现网络互连的通信协议。也有人将物理数据层拆开变成五层结构，一般我们使用的是四层。

应用层：直接为用户的应用进程（例如电子邮件、文件传输和终端仿真）提供服务。；使用UDP的应用层协议：DNS/DHCP

运输层：报文段/用户数据报。负责向两台主机中进程之间的通信提供通用的数据传输服务；

网络层：数据报，负责为分组交换网上的不同主机提供提供连接和路径选择；

数据链路层：帧，对比特流的功能的加强，提供错误检测和纠正，以确保数据的可靠传输。

物理层：传输比特流,定义物理设备标准，如网线的接口类型、光纤的接口类型、各种传输介质的传输速率等。

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从wireshark中抓到的数据包中能看到每一层的数据信息，如下所示：

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数据进入TCP/IP协议的封装过程

最上面的应用层的数据，进入TCP/IP协议栈时的封装过程如下：经过传输层时，会加上TCP头部；经过网络层时，会加上IP头；经过数据链路层时，会加上以太网头。对于数据接收端，会按照相反的方向，将各层的头部剥离掉，最终到上层的数据就是发送端应用层的数据。

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协议与端口

此处讲的端口是TCP或UDP通信中数字端口号，要进行TCP或UDP通信时，除了要有IP，必须要有端口。操作系统会有很多默认端口，是留给指定的协议使用的

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UDP：NFS：远程文件服务器。RIP：路由信息协议。DHCP：动态主机配置协议。IGMP：网际组管理协议。

对于TCP，需要先绑定目标端口（调用bind），再开启对目标端口的监听（调用listen），准备接收客户端的请求。 对于UDP，是无连接的，只需要绑定端口，不需要开启对端口的监听。有时即使程序开启了端口，可能也连接不上，可能是路由器或者防火墙禁用了该端口，导致发给该端口的数据（包括连接请求）都被拦截了，此时需要在网络环境中放行该端口，即不再拦截与该端口相关的数据。

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如何判断远端服务器的端口有没有开启监听，有个简单的方法，只要使用Telnet命令去测试即可，比如telnet 192.168.102.176 7800。如果远端的7800端口没有开启监听，就是显示连接失败。如果cmd窗口中提示找不到Telnet，需要到控制面板->程序与功能->启用和关闭Windows功能中开启Telnet客户端，

TCP的三次握手与四次挥手

  1. TCP头的构成
  • 源端口和目标端口：源端口是该包数据发送者的端口，目标端口是这包数据要发送到的目的端口。
  • （包）序号：当前数据包的包序号Seq序号，占4字节（32bit），用来标识从TCP源端向目的端已经发送了多少字节的数据，发起方发送数据时对此进行标记。包序号的最大值是65535，如果达到最大值，则会从0开始重新计数。
  • 确认号：Ack序号，占4字节（32bit），只有ACK标志位为1时，该确认序号字段才有效。在TCP中，接收端收到发送端发来的数据后会给客户端回一个ACK确认包，确认收到数据了，这就是TCP的ACK机制。
  • URG紧急：当 URG = 1 时，表明此报文段中有紧急数据，是高优先级的数据，应尽快发送，不用在缓存中排队。

ACK确认：仅当 ACK = 1 时确认号字段才有效，当 ACK = 0 时确认号无效。TCP 规定，在连接建立后所有传送的报文段都必须把 ACK 置为 1。

PSH推送：接收方收到 PSH = 1 的报文段时，就直接发送给应用进程，而不用等到整个缓冲区都填满了后再向上传送。

RST复位：当 RST = 1 时，表明 TCP 连接中出现了严重错误（如由于主机崩溃或其他原因），必须释放连接，然后再重新建立传输连接。

SYN同步：SYN = 1 表示这是一个连接请求或连接接受报文。当 SYN = 1 而 ACK = 0 时，表明这是一个连接请求报文段。对方若同意建立连接，则应在响应的报文段中使 SYN = 1 且 ACK = 1。

FIN终止：用来释放一个连接。当 FIN = 1时，表明此报文段的发送发的数据已发送完毕，并要求释放运输连接。

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  1. 三次握手
  • 客户端SYN = 1 连接请求
  • 服务器收到客户端发来的SYN包，给客户端回ACK确认包，SYN = 1 ，ACK=1
  • 客户端收到服务器的ACK包，并给服务器发送一个ACK确认包ACK=1 ，(SYN = 0)

此时，TCP连接建立，established

如果没有连接上，却可以ping通（网络是通的），服务器丢了RST包，一般是端口的问题。

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  1. 为什么要三次握手

tcp在握手过程中并不携带任何数据，而是在三次握手完成之后，才会进行数据的传递

  1. 四次挥手

浏览器向服务器发送报文（Fin=1，Ack=z，Seq=x），表示客户端请求报文已经发送完了，准备关闭了。并进入到FIN_WAIT_1状态。
服务器收到客户端的断开请求后，发送确认报文（Ack=x+1，Seq=z），表示统一关闭。此时主机进入FIN_WAIT_2状态。
服务器在发送完数据以后，也会向客户端发送断开连接的报文（Fin=1，Ack=x，Seq=y），表示我没有响应数据要传了，准备关闭了。此时进入到LAST_ACK状态
客户端收到服务器的关闭请求后，会发送一个确认报文（Ack=y+1，Seq=x），表示同意关闭。服务器收到客户单的确认报文后关闭连接。而浏览器在等待一段时间后未收到回复，则正常关闭。

  1. SYN包攻击

SYN 包攻击是指利用 TCP 需要三次握手的特性，攻击者伪造 SYN 报文向服务器发起连接，服务器在收到报文后用 ACK 应答，但之后攻击者不再对该响应进行应答，造成一个半连接。最终会导致服务器连接资源耗尽，导致正常的 SYN 请求因为队列满而被丢弃，使得正常用户无法访问。

TCP与UDP的区别

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TCP是可靠的：面向连接的，需要建立连接后才能收发数据，TCP在收发数据时有ACK机制，即数据接收方收到数据后会给数据发送方回一个ACK确认包，表示已经收到对方的数据，如果数据发送方没收到ACK包就会触发丢包重传机制

TCP是有序的：数据到达传输层时TCP协议会将乱序的包按前后顺序重组，即排好顺序后再投递给应用层

常用的网络命令

ping命令：判断是否连接到远程的地址及端口

telnet：检查服务器上的端口有没有开启监听

ipconfig /all：查看网卡的配置信息，比如IP地址，子网掩码和默认网关等

ipconfig /flushdns命令，用来清除系统中的DNS缓存

netstat命令：查看本机的网络连接与端口占用情况；具体使用netstat /?去查看详细说明

route：主要用来查看路由表、添加/删除路由 ，使用route /?

ARP：主要用来显示和修改地址解析协议(ARP)使用的“IP 到物理”地址转换表

tracert命令：可以追踪访问目标地址所经历的网络节点

TCP的心跳机制和丢包重传机制

TCP心跳检测是通过定时在链路上发心跳包去保持链路的活性（keepalive），这样链路中的网络设备就不会因为链路上有段时间没有数据在跑，将链路强行断开了，libwebsockets内部的心跳检测，实际上使用的是TCP/IP协议栈的心跳检测

对于TCP连接，数据发送方将数据发出去后，会启动一个定时器，等待接收端回ACK确认包，如果在指定的时间内没有收到ACK确认包，就会触发TCP的丢包重传机制。如果发送重传包后还是没收到ACK，下一次的重传时间间隔会加倍，当重传次数达到系统上限（Windows默认的上限是5次，Linux默认的上限是15次）后，协议栈就认为网络出故障了，协议栈会直接将对应的连接关闭了。

TCP的滑动窗口、流量控制、拥塞控制

滑动窗口机制：

ACK确认包的缺点：数据包的往返时间越长，通信的效率就越低，因此引入窗口：就可以指定窗口大小，窗口大小(Window)就是指无需等待确认应答，而可以继续发送数据的最大值。

通常窗口的大小是由接收方的决定的,发送方发送的数据大小**不能超过（约等于）**接收方的窗口大小，否则接收方就无法正常接收到数据

在任意时刻，发送方都维持了一个连续的允许发送的帧的序号，称为发送窗口；同时，接收方也维持了一个连续的允许接收的帧的序号，称为接收窗口。发送窗口和接收窗口的序号的上下界不一定要一样，甚至大小也可以不同。

可用窗口大 小= SND.WND -（SND.NXT – SND.UNA）

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流量控制：

如果发送方一直无脑的发数据给接收方，但接收方处理不过来，那么就会导致触发重发机制，从而导致网络流量的无端的浪费。

避免「发送方」的数据填满「接收方」的缓存，但是并不知道网络的中发生了什么。

拥塞控制：

在网络出现拥堵时，如果继续发送大量数据包，可能会导致数据包时延、丢失等，这时 TCP 就会重传数据，但是一重传就会导致网络的负担更重，于是会导致更大的延迟以及更多的丢包，这个情况就会进入恶性循环被不断地放大….

拥塞控制，控制的目的就是避免「发送方」的数据填满整个网络。

当 cwnd < ssthresh 时，使用慢启动算法。
当 cwnd &gt;= ssthresh 时，就会使用「拥塞避免算法」：每当收到一个 ACK 时，cwnd 增加 1/cwnd。当 8 个 ACK 应答确认到来时，每个确认增加 1/8，8 个 ACK 确认 cwnd 一共增加 1，于是这一次能够发送 9 个 MSS 大小的数据，变成了线性增长。

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抓包与网络包分析

HTTP是什么，HTTP和HTTPS的区别是什么

http是超文本传输协议，应用：被用于在Web浏览器和网站服务器之间传递信息，以明文方式发送内容，不提供任何方式的数据加密

优点：

安全性 默认端口 性能 费用
HTTP 明文传输，不安全 80 较高 无
HTTPS 使用了SSL/TLS协议进行了加密处理，更安全 443 需要设计加密以及多次握手，较低 高，SSL证书的价格随功能变化

HTTP请求 get和post的区别

同：HTTP协议中的两种发送请求的方法

GET产生一个TCP数据包；POST产生两个TCP数据包。：GET方式的请求，浏览器会把http header和data一并发送出去，服务器响应200（返回数据）；POST，浏览器先发送header，服务器响应100 continue，浏览器再发送data，服务器响应200 ok（返回数据）

（1）post更安全（不会作为url的一部分，不会被缓存、保存在服务器日志以及浏览器浏览记录中）

（2）post发送的数据更大（get有url长度限制）

（3）post能发送更多的数据类型（get只能发送ASCII字符）

（4）post比get慢

（5）post用于修改和写入数据，get一般用于搜索排序和筛选之类的操作（淘宝，支付宝的搜索查询都是get提交），目的是资源的获取，读取数据

GET在浏览器回退时是无害的，而POST会再次提交请求

HTTP报文段是什么样的

HTTP报文段：有请求和响应两种，基本格式主要如下

  • 起始行：请求/响应行，描述请求或响应的状态

请求起始行包括：请求方式（GET）+ 请求的资源在服务器中的相对路径（URI） + HTTP的版本

响应起始行：在最后加了状态码，表示本次请求的处理结果

一个普通的get请求：

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HTTP状态码

☆在浏览器输入url地址到显示主页的过程

**DNS解析——**解析域名，获取对应的ip地址，url(包括因特网服务类型，主机，域名，端口，路径，文件名)
TCP连接——TCP三次握手：
浏览器发送http请求：行头空体
服务器处理请求并返回http报文：
浏览器解析返回的数据并渲染页面：
断开连接：TCP四次挥手：

浏览器输入URL到网页完全呈现的过程 – 简书 (jianshu.com)

计算题

主机数、子网掩码、网络地址

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参考链接

【网络入门】详解常用的基础网络知识（面试笔试常考内容）_dvlinker的博客-CSDN博客_网络基础

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